由斯特拉斯克莱德大学、蔚山科学技术研究所和光州科学技术大学的研究人员共同开发的一种新的激光脉冲压缩方法，利用不均匀等离子体的色散特性来压缩激光脉冲。据研究人员称，该方法比其他基于等离子体的激光脉冲压缩方案更简单、更有效。
研究人员模拟了长的负频率啁啾激光脉冲在过密等离子体板的密度斜坡上的反射。他们创造了一面镜子，不仅可以反射光脉冲，还可以将它们压缩了200多倍。
通过调整等离子体密度，研究人员发现，在频率啁啾的长激光脉冲中，他们可以使高频分量的反射路径比低频分量的路径更长。随着密度纵向增加，激光脉冲前导部分的高频光子比低频光子更深入地穿透等离子体区域，导致脉冲压缩。
从本质上讲，等离子体密度的梯度完全电离，导致光子聚集在一起，就像一排汽车驶上陡峭的山坡一样。
研究人员使用一维细胞内粒子模拟验证了这一概念，表明皮秒激光脉冲可以压缩到几飞秒的持续时间，效率超过99%。原理验证仿真预测，2.35 ps 的激光脉冲压缩到 10.3 fs，增加了 225 倍。结果表明，直径仅为 10 厘米的小等离子体体积足以处理高达 7.5 艾瓦的极高功率。
激光脉冲压缩的新方法与色散镜具有群延迟色散的共同原理，但主要区别在于使用等离子体而不是电介质。
研究人员预测，使用毫米大小的等离子体光栅可以压缩数百次长的啁啾脉冲，几乎没有能量损失，这比传统的啁啾脉冲放大系统小几个数量级。与CPA中常用的固态光栅不同，等离子体坚固耐用，在高强度下可抵抗损坏。
“等离子体可以在CPA系统中发挥类似于传统衍射光栅的作用，但是一种不会损坏的材料，”Hyyong Suk教授说。“因此，它将通过包含一个非常简单的附加组件来增强传统的 CPA 技术。即使使用几厘米大小的等离子体，它也可以用于峰值功率超过一艾瓦的激光器。
当光的强度增加时，它就能够改变物质。例如，当电子受到高于 1018 W/cm 2 的激光强度时，它们接近光速并进入相对论光学领域。
在 1024 W/cm 2 及以上的强度下，质子接近光速，经历强烈激光场的粒子会对自身的辐射场做出反应——这是物理学中当前的强度前沿。在高于 1029 W/cm 2 的强度下，粒子直接从真空中产生，也就是说，光可以直接转化为物质。需要艾瓦到泽瓦激光器才能达到该水平的强度。
联合研究小组进行的计算机模拟展示了一种潜在的方法，可以将光的强度提高到足以从真空中提取粒子用于研究物质的程度。通过进一步的优化，研究人员认为，即使是泽瓦特的功率也可以从紧凑的系统中获得。
了解强度高于 1024 W/cm 2 的物质和真空的本质是现代物理学的突出挑战之一。
“一个重要而根本的问题是，当光强度超过地球上常见的水平时会发生什么，”Dino Jaroszynski教授说。“高功率激光器使科学家能够回答有关物质性质和真空的基本问题，并探索所谓的强度前沿。
“将太瓦到拍瓦的激光器应用于物质已经使下一代激光等离子体加速器的发展成为可能，这种加速器比传统加速器小数千倍，”他说。“为科学家提供新工具正在改变科学的运作方式。”
高功率激光还可以在实验室中研究天体物理现象，从而可以一窥恒星内部和宇宙的起源。
“这项研究的结果有望应用于各个领域，包括先进的理论物理学和天体物理学，”Min Sip Hur教授说。“它还可以用于激光聚变研究，以帮助解决人类面临的能源问题。我们的韩国和英国联合团队计划在实验室中对这些想法进行实验测试。
该研究发布在Nature Photonics上。
